纳米金属氧化物复合贵金属电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种气体传感器用纳米金属氧化物复合贵金属电极，所述贵金属电极为铂金电极，所述纳米金属氧化物为纳米铑氧化物，所述纳米铑氧化物沉积在所述铂金电极上，其制备方法是将纳米铑氧化物沉积到铂金电极表面及其多孔结构的孔道内制备复合电极，所述纳米铑氧化物是从铑盐溶液中分解形成的。取一定容积的该铑盐溶液涂覆在所述贵金属铂金电极表面，通过升温使得铑盐在该铂金电极表面及孔隙内沉积，进一步升温后，铑盐分解得到铑的氧化物，该氧化物具有纳米尺度，并且通过高温老化与铂金电极可靠融合。本发明专利技术的公开解决了气体传感器的低温活性差的问题，实用性强可以广泛应用。

Nano metal oxide composite noble metal electrode and its preparation

The invention discloses a nano metal oxide composite precious metal electrode for gas sensor, the precious metal electrode is a platinum electrode, the nano metal oxide is a nano rhodium oxide, the nano rhodium oxide is deposited on the platinum electrode, the preparation method is to deposit the nano rhodium oxide on the surface of the platinum electrode and the porous structure of the pore to prepare the composite electrode The nanometer rhodium oxide is formed by decomposition from rhodium salt solution. A certain volume of rhodium salt solution is coated on the surface of the precious metal platinum electrode, and rhodium salt is deposited on the surface of the platinum electrode and in the pores by heating up. After further heating up, rhodium salt decomposes to obtain rhodium oxide, which has nanometer scale, and is reliably fused with the platinum electrode through high-temperature aging. The invention solves the problem of poor low temperature activity of the gas sensor, and has strong practicability and can be widely used.

【技术实现步骤摘要】
纳米金属氧化物复合贵金属电极及其制备方法
本专利技术涉及气体传感器领域，尤其涉及一种气体传感器用纳米金属氧化物复合贵金属电极及其制备方法。
技术介绍
气体传感器元件包括具有氧离子传导性的固体电解质体、基准气体侧电极和被测气体侧电极。从功能上分类，又可以将基准气体侧电极分成催化部分和引线部分，类似的被测气体侧电极也可分为成催化部分和引线部分。有关电极的制备，一种公知高效的制备工艺是通过与基体一次共烧的工艺制备。一次共烧工艺烧结的温度在1400-1500度之间，在这样的温度条件下，作为催化部分的电极，其在低温条件下的电极活性受到了很大的损伤，表现出比较差的低温特性，采用共烧工艺制备的气体传感器元件在比较低的温度下，例如在200～300℃的低温下，其灵敏度及响应性不能满足使用的要求。因此，如何提高传感器元件的低温活性是目前亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种气体传感器用纳米金属氧化物复合贵金属电极及其制备方法，通过将纳米铑氧化物沉积到贵金属铂金电极表面及其多孔结构的孔道内来制备复合电极，利用纳米铑氧化物具有良好的低温催化活性，解决现有技术中的传感器低温活性差的问题。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：气体传感器用纳米金属氧化物复合贵金属电极，所述贵金属电极为铂金电极，所述纳米金属氧化物为纳米铑氧化物，所述纳米铑氧化物沉积在所述铂金电极上。上述技术方案中进一步的，所述铂金电极主要指基准气体侧电极和被测气体侧电极的催化电极部分，所述催化电极应用于气体传感器固体电解质两侧。进一步的，所述纳米铑氧化物包括RhO2、六边形结构的α-Rh2O3和斜方晶系的β-Rh2O3。进一步的，所述铂金电极具有多孔结构，所述纳米铑氧化物附着在所述铂金电极表面，及所述多孔结构的微小孔道内。进一步的，所述纳米铑氧化物对应的铑金属的质量含量占铂金的质量含量的0.3-1％。进一步的，所述气体传感器用纳米金属氧化物复合贵金属电极优选的但不限定的是用于气体传感器的参考气体侧催化电极。上述技术方案进一步的，提供制备气体传感器用纳米金属氧化物复合贵金属电极的方法，包括如下步骤：步骤1：制备铑盐溶液；步骤2：取步骤1制备的铑盐溶液，上载至铂金电极表面，并干燥；步骤3：将步骤2所得的铂金电极进行焙烧，获得有铑盐颗粒沉积的铂金电极，所述铑盐颗粒沉积在铂金电极的表面以及具有多孔结构的铂金电极的微小孔道内；步骤4：将步骤3所得的有铑盐颗粒沉积的铂金电极进一步升温，所述铑盐颗粒分解，得到纳米铑氧化物；步骤5：将步骤4所得的有纳米铑氧化物附着的铂金电极在高温中老化，使得所述纳米铑氧化物与铂金电极可靠融合，得到纳米铑氧化物复合铂金电极。上述技术方案进一步的，步骤4中，所述纳米铑氧化物制备温度不超过1100度，超过这个温度，氧化铑转变为金属铑。进一步的，步骤5中，所述铂金电极焙烧升温到最高烧结温度后老化,所述最高烧结温度为800度。由于上述技术方案运用，本专利技术的有益效果：1.本专利技术通过将纳米铑氧化物沉积到贵金属铂金电极表面及其多孔结构的孔道内制备复合电极，铑本身是一种比较贵的金属，纳米级弥散的铑的氧化物一方面分散均匀，另一方面减少了铑的用量，节约资源和成本；2.铑的氧化物本身具有良好的低温催化活性，而在纳米级的尺度下，其催化活性被进一步提高，解决了气体传感器的低温活性差的问题；3.氧化铑在1100-1500度的温度下被分解为金属铑和氧气，气体传感器元件的工作温度一般不超过1000度，尤其对于不带加热器的气体传感器元件，因而铑的氧化物可以长期稳定存在，说明了本案的可行性。具体实施方式将纳米铑氧化物沉积到贵金属铂金电极表面及其多孔结构的孔道内制备复合电极，贵金属铂金电极包括但不限定于非共烧铂金电极，化学镀铂金电极，高温共烧铂金电极和陶瓷贵金属复合电极。其中，非共烧电极，是指电极部分与陶瓷基体部分不是通过一次烧制制备出来的，一般是先高温烧结陶瓷基体，一般在1400-1500度，然后再在比较低的温度，如1000度左右，通过焙烧制备铂金电极。化学镀铂金电极，同样是先高温烧结陶瓷基体，一般在1400-1500度，然后通过电镀或化学镀的方法在陶瓷基体上镀上一层铂金镀层而形成电极，然后再高温老化烧结而制备成型。高温共烧铂金电极，是指电极部分和陶瓷基体部分通过一次烧制制备出来的。陶瓷贵金属复合电极，是指通过在多孔固体电解质内沉积纳米铂金颗粒的方法制备得到的电极。被测气体侧电极与发动机的尾气接触，尾气中含有较多的有害物质，如磷，硫、锰等，会对贵金属电极的催化性能造成劣化，基准气体一般为清洁空气，不含有容易导致电极中毒或劣化的元素。虽然对被测气体侧电极与基准气体侧电极进行处理都具有优化低温性能的效果。优选地，可以只在气体传感器元件的基准气体侧电极采用气体传感器用纳米金属氧化物复合贵金属电极。下面结合实施例对本专利技术作进一步描述：实施例一：气体传感器用纳米金属氧化物复合贵金属电极，所述贵金属电极为铂金电极，所述纳米金属氧化物为纳米铑氧化物，所述纳米铑氧化物沉积在所述铂金电极上。所述铂金电极主要指基准气体侧电极和被测气体侧电极的催化电极部分，所述催化电极应用于气体传感器固体电解质两侧。所述纳米铑氧化物包括RhO2、六边形结构的α-Rh2O3和斜方晶系的β-Rh2O3。所述铂金电极具有多孔结构，所述纳米铑氧化物附着在所述铂金电极表面，及所述多孔结构的微小孔道内。所述纳米铑氧化物对应的铑金属的质量含量占铂金的质量含量的0.3-1％。所述气体传感器用纳米金属氧化物复合贵金属电极优选的是用于气体传感器的参考气体侧催化电极。提供制备气体传感器用纳米金属氧化物复合贵金属电极的方法，包括如下步骤：步骤1：制备铑盐溶液；步骤2：取步骤1制备的铑盐溶液，上载至铂金电极表面，并干燥；步骤3：将步骤2所得的铂金电极进行焙烧，获得有铑盐颗粒沉积的铂金电极，所述铑盐颗粒沉积在铂金电极的表面以及具有多孔结构的铂金电极的微小孔道内；步骤4：将步骤3所得的有铑盐颗粒沉积的铂金电极进一步升温，所述铑盐颗粒分解，得到纳米铑氧化物；步骤5：将步骤4所得的有纳米铑氧化物附着的铂金电极在高温中老化，使得所述纳米铑氧化物与铂金电极可靠融合，得到纳米铑氧化物复合铂金电极。有实验理论如下，铑盐在320度左右分解生成氧化铑，加热到500度后，主要成分为三氧化铑，在分解温度低于750度时，形成具有六边形结构的α-Rh2O3，当分解温度高于750度时α-Rh2O3转化为斜方晶系的β-Rh2O3，分解时周围气体的成分对分解过程有比较大的影响，在特定条件下可以观察到RhO2转化成α-Rh2O3的温度是800-900度，氧化铑在1100-1500度的温度下被分解为金属铑和氧气。在纳米尺度下，铑会挥发或侵入到陶瓷内部而失去活性。因此，步骤4中，所述纳米铑氧化物制备温度不超过1100度，超过这个温度，氧化铑转变为金属铑。步骤5中，所述铂金电极焙烧升温到最高烧结温度后老化，所述最高烧结温度为800度，因实际传感器的工作温度可以达到800度左右，而当温度小于900度，铑盐均可生成Rh2O3。为了更好的说明本专利技术的效果，下面通过实施例二和实施例三进行对比描述：实施例二：通过传统共烧铂金电极工艺(制备内外电极的工艺可以是上文中提到的四种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.气体传感器用纳米金属氧化物复合贵金属电极，其特征在于：所述贵金属电极为铂金电极，所述纳米金属氧化物为纳米铑氧化物，所述纳米铑氧化物沉积在所述铂金电极上。

【技术特征摘要】
1.气体传感器用纳米金属氧化物复合贵金属电极，其特征在于：所述贵金属电极为铂金电极，所述纳米金属氧化物为纳米铑氧化物，所述纳米铑氧化物沉积在所述铂金电极上。2.根据权利要求1所述的气体传感器用纳米金属氧化物复合贵金属电极，其特征在于：所述铂金电极为催化电极，所述催化电极应用于气体传感器固体电解质两侧。3.根据权利要求1所述的气体传感器用纳米金属氧化物复合贵金属电极，其特征在于：所述纳米铑氧化物包括RhO2、六边形结构的α-Rh2O3和斜方晶系的β-Rh2O3。4.根据权利要求1所述的气体传感器用纳米金属氧化物复合贵金属电极，其特征在于：所述铂金电极具有多孔结构，所述纳米铑氧化物附着在所述铂金电极表面，及所述多孔结构的微小孔道内。5.根据权利要求1所述的气体传感器用纳米金属氧化物复合贵金属电极，其特征在于：所述纳米铑氧化物对应的铑金属的质量含量占铂金的质量含量的0.3-1％。6.根据权利要求1所述的气体传感器用纳米金属氧化物复合贵金属电极，其特征在于：所述气体传感器用纳米金属氧化物复合贵金属电...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玉海，郭杰烽，陈珍强，
申请(专利权)人：苏州工业园区传世汽车电子有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32